Contribution à l’étude des phénomènes de transfert de masse et d’énergie dans un catalyseur poreux appliqué aux systèmes de propulsion

Abstract

Cette thèse présente une étude sur le système de propulseur à monergol, qui est l'un des types de système de propulsion les plus utilisés dans l'industrie spatiale, en particulier dans applications satellitaires telles que le maintien en orbite, le transfert d'orbite et la correction d'orbite, ainsi que dans les lanceurs spatiaux. Ce système utilise un seul type de propergol qui réagit dans un lit catalytique composé de milieux poreux pour générer une poussée sous forme de gaz chauds. L'objectif de cette étude est d'optimiser la conception et la simulation de la dynamique des fluides numérique (CFD) d'un propulseur à monergol utilisant du peroxyde d'hydrogène (H2O2) comme propergol vert avec une concentration de 87,5 %, avec un lit catalytique basé sur des particules d'argent sphériques comme milieu poreux pour la décomposition du propergol H2O2. Grâce à une analyse paramétrique du diamètre des particules, nous visons à optimiser la conception de deux propulseurs à monergol capables de générer une poussée de 10 et 20 N. La première étape de cette étude consiste à la conception d'un propulseur à monergol au peroxyde d'hydrogène. La méthodologie est basée sur une combinaison d'étapes analytiques, allant de la thermochimie aux performances théoriques du propulseur, et à la conception préliminaire du propulseur. La conception a été réalisée à l'aide de Chemical Equilibrium with Applications (CEA), un logiciel développé par la NASA pour les applications thermochimiques, et le programme Matlab a été utilisé pour cette phase du processus. La deuxième étape consiste en une simulation numérique, qui a été réalisée à l'aide du logiciel de Dynamique des Fluides Computationnelle (CFD) dans ANSYS Fluent afin de simuler l'écoulement du peroxyde d'hydrogène à travers le propulseur. Ces études contribuent à la reconnaissance et à l'analyse du système de propulsion verte, ainsi qu’à la détermination d’un lit catalytique optimal pour obtenir une efficacité élevée et démontrer le potentiel d'une telle approche pour les futurs satellites et autres applications spatiales.